Kesetimbangan Fasa Cair-Cair dan Cair-Uap

ABSTRAK:  Pada percobaan kesetimbangan fasa cair-cair dan cair-uap, praktikan melakukan pengukuran indeks bias terhadap pelarut murni dan campuran metanol dan etanol dengan menggunakan refraktometer. Dari data tersebut, praktikan dapat membuat kurva hubungan antara indeks bias terhadap komposisi. Berdasarkan kurva tersebut, menunjukkan bahwa fraksi mol metanol berbanding terbalik dengan indeks biasnya. Pada destilasi campuran biner, praktikan melakukan destilasi untuk memperoleh destilat dari campuran pelarut methanol dan ethanol dengan perbandingan 20:6. Dengan memanaskan campuran pelarut tersebut, maka komponennya akan mengalami penguapan kemudian mengalami kondensasi dan menghasilkan destilat. Mengukur indeks bias dari destilat. Praktikan memperoleh kurva hubungan antara titik didih dengan indeks bias dan titik didih dengan volatilifitas relatif (Y_A). Berdasarkan kurva tersebut menunjukkan bahwa temperature berbanding lurus  dengan indeks bias dan volatilitas relatif.

I. PENDAHULUAN

              Suatu proses pemisahan komponen satu dengan komponen lainnya dalam suatu campuran berdasarkan perbedaan titik didih antara komponen-komponen yang akan dipisahkan disebut dengan destilasi. Pada keadaan setimbang, komposisi cairan dan komposisi uap berbeda. Pada fasa uap akan mengandung lebih banyak  komponen yang volatil atau mudah menguap daripada fasa cair. Pada proses distilasi, cairan akan teruapkan dan mengalami kondensasi lalu menghasilkan destilat. komponen dengan titik didih lebih rendah akan menguap terlebih dahulu. Diagram fasa adalah suatu grafik yang dibuat untuk merepresentasikan tentang fasa-fasa yang ada dalam suatu komponen atau material pada variasi temperatur, tekanan dan komposisi. Komposisi kesetimbangan antara uap-cair ditunjukkan dalam diagram fasa seperti  Gambar 1.1

Gambar 1.1 diagram fasa cair-uap

Apabila larutan komponen A dan komponen B dengan fraksi mol masing-masing adalah x_A dan x_B berada dalam keserimbangan dengan fasa gasnya, maka tekanan uap masing-masing komponen berbanding lurus dengan fraksi mol dalam larutan. Tekanan uap parsial dari campuran yang merupakan larutan ideal dapat dihubungkan dengan Hukum Raoult sebagai berikut :

p_A=x_A.p*_A           p_B=x_B.p*_B

dimana p_A adalah tekanan parsial komponen A, p_B adalah tekanan parsial komponen B, p*_A adalah tekanan uap murni komponen A dan p*_B tekanan uap murni komponen B. Sehingga tekanan uap total p adalah

p = p_A + p_B = x_Ap*_A + x_Bp*_B = p*_B + (p*_A − p*_B)x_A         (Atkins, 2006).

Hubungan antara perubahan tekanan uap dan temperatur dapat dijelaskan dengan persamaan Clausius-Clapeyron :

 ( Castellan, 1983).

Tujuan dari percobaan ini adalah untuk membuat kurva kalibrasi indeks bias terhadap komposisi dan kurva kesetimbangan antara uap dan cairan.

II. METODOLOGI

II.1. Alat dan Bahan

Alat yang digunakan adalah 1 set destilator sederhana, 1 set refraktometer, 2 buah gelas kimia 250 ml, 2 buah pipet ukur 2,10 ml, 12 buah tabung reaksi, 1 buah rak tabung reaksi, dan kertas saring. Bahan yang digunakan adalah metanol, etanol, aquades, dan aseton.

II.2. Prosedur

Percobaan yang dilakukan yaitu kalibrasi komposisi melalui penentuan indeks bias dan destilasi campuran biner. Langkah pertama yang dilakukan pada percobaan kalibrasi melalui penentuan indeks bias yaitu praktikan menyiapkan peralatan yang digunakan yaitu 7 tabung reaksi, rak tabung reaksi, gelas ukur, pipet tetes dan rekfratometer. Kemudian mengisi 7 tabung reaksi dengan campuran pelarut metanol-etanol dengan komposisi sebagai berikut. 

             Lalu menghitung fraksi mol setiap komponen dari masing-masing campuran yang telah dibuat. Selanjutnya mengukur indeks bias dari setiap campuran pelarut dengan refraktometer. Lalu mengukur indeks bias dari aquades dengan menggunakan refraktometer. Cara mengukur indeks bias dari setiap pelarut murni dan campuran pelarut yaitu meneteskan pelarut sebanyak 1 tetes pada tempat sampel. Lalu menutup tempat sampel dan mengukur indeks biasnya.  Setelah itu praktikan mencatat hasil indeks biasnya. Selanjutnya dari data tersebut, praktikan membuat kurva hubungan antara indeks bias sebagai fungsi komposisi terhadap komponen.

            Untuk percobaan destilasi campuran biner langkah yang dilakukan yaitu, pertama menyiapkan rangkaian alat destilasi sederhana. Kemudian menyiapkan campuran larutan methanol dan etanol dengan perbandingan kompisisi sebesar 20:6. Memasukan campuran larutan tersebut ke dalam labu alas bulat. Menyalakan penanagas air dan mengecek temperatur awal larutan. Menuggu hingga titik didih tercapai dan destilat terbentuk. Lalu menampung setiap 2 mL destilat pada gelas ukur 10 mL dan mencatat perubahan suhunya. Mencatat perubahan temperature sebanyak 6 kali. Mengukur indeks bias dari destilat yang di dapat. Kemudian mencatat nilai indeks bias dari tiap-tiap destilat. Kemudian membuat kurva indeks bias terhadap kompossisi campuran.

III. HASIL DAN PEMBAHASAN

         

Dari hasil percobaan kalibrasi komposisi melalui penentuan indeks bias diperoleh data sebagai berikut:

Tabel 3.1 fraksi mol dan indeks bias campuran larutan metanol dan etanol

                   Fraksi mol pelarut murni metanol lebih besar daripada fraksi mol campuran metanol-etanol. Fraksi mol campuran metanol-etanol dengan komposisi metanol lebih besar daripada etanol lebih besar daripada fraksi mol campuran dengan komposisi etanol yang lebih besar.Dari data diatas dapat dibuat hubungan antara indeks bias dengan komposisinya sebagai berikut:

Gambar 3.1 Kurva hubungan antara indeks bias campuran metanol etanol terhadap komposisi

Dari kurva tersebut diperoleh persamaan garis linier, yaitu -0,029x+1,355. Berdasarkan kurva indeks bias di atas menunjukkan bahwa semakin besar fraksi molnya maka harga indeks biasnya semakin menurun. Hal ini menunjukkan bahwa indeks bias berbanding terbalik dengan fraksi mol.

Dari hasil percobaan destilasi campuran biner diperoleh data sebagai berikut:

Dari percobaan ini, praktikan memperoleh data tentang titik didih, indeks bias, dan fraksi mol pada tiap komposisi. Pada saat suhu awal larutan, yaitu 27⁰C sampai dengan 68⁰C mengalami kenaikan indeks bias dari 1.3288 sampai dengan 1.3376. kenaikan indeks bias berbanding lurus dengan penurunan fraksi mol methanol dari 1.000 sampai dengan 0.419. penyebabnya adalah sifat methanol lebih volatile atau lebih mudah menguap dari pada etanol, berdasarkan titik didih dari metil murni (64,7⁰C) yang lebih kecil dari pada titik didih dari etil murni(78⁰C). kemudian indeks bias mengalami penurunan secara drastis dari suhu 68⁰C hingga 81⁰C dan indeks bias kembali mengalami kenaikan dari suhu 81⁰C sampai 88⁰C.

Praktikan memperoleh kurva hubungan antara titik didih dengan indeks bias dan titik didih dengan volatilifitas relatif (Y_A). Kurva tidak sesuai dengan teori yang seharusnya kenaikan suhu menyebabkan penurunan fraksi mol dari methanol, hal ini terjadi karena terjadi kesalahan praktikan dalam melakukan destilasi. 

IV. KESIMPULAN

          Dari percobaan yang telah dilakukan dapat disimpulkan bahwa kurva hubungan indeks bias dengan komponennya dibuat dari data fraksi mol dan indeks bias. Semakin besar harga fraksi molnya maka indeks biasnya semakin kecil. Hal tersebut menunjukkan bahwa fraksimol berbanding terbalik dengan indeks bias. Secara teori kurva tersebut sesuai.

Kurva hubungan antara titik didih dengan indeks bias dan titik didih dengan volatilifitas relatif (Y_A). Kurva tidak sesuai dengan teori yang seharusnya kenaikan suhu menyebabkan penurunan fraksi mol dari methanol, hal ini terjadi karena terjadi kesalahan praktikan dalam melakukan destilasi. 

V. DAFTAR PUSTAKA

[1] Atkins, Peter., Paula, J. 2006. Physical Chemistry, Eight Edition. Oxford University Press. New York

[2] Castellan, G.W. 1983. Physical Chemistry, Third Edition. Addison-Wesley Publishing Company. Canada